[发明专利]基于多孔碳材料的碳化钽涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于多孔碳材料的碳化钽涂层及其制备方法，涂层制备包括步骤：提供多孔碳基底和含钽溶液，施加外接预设电压，通过采用电吸附的方式在碳材料孔洞内部和表面吸附足量的钽元素，烧结得到形成在所述多孔碳基底上的碳化钽涂层。本发明以多孔碳基底作为基材，在多孔碳材料的孔洞内部和碳材料表面都可以形成碳化钽涂层，相比于单一的表面涂层，这种多层次的结构可以大幅度提高涂层与基底之间的结合力。另外，由于孔洞内部碳化钽的填充使得材料表面涂层与基底部分热膨胀系数的差异降低，有效减小了热失配问题，可以成功在碳材料表面获得致密的碳化钽层，减少了裂缝的出现。

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别是涉及一种基于多孔碳材料的碳化钽涂层及制备方法。

背景技术

碳基材料所具有的出色的结构强度、优异的稳定性和低廉的价格等优势，使它在众多领域都有着广泛的应用。但在高温环境中，碳材料表面易氧化的特点则在一定程度上限制了该类材料的发展。为了提升材料性能，拓展碳材料在高温下的应用范围，在碳材料表面制备涂层则成为当前材料发展的重要方向。在材料表面覆盖碳化钽涂层则更是成为目前提升碳基材料使用温度的主要方法。碳化钽作为一种超高温陶瓷，其所具备的熔点高、硬度好、高温环境下优异的抗化学腐蚀性和抗氧化性能的特点，使其可作为一种高温涂层应用于碳基材料表面，赋予碳基材料更加优异的抗氧化能力，并且提升材料的温度使用范围和使用寿命。

目前，碳化钽涂层的制备方法目前主要包括溶胶-凝胶法、等离子喷涂法、化学气相沉积法、料浆-烧结法等。然而，由于碳化钽膨胀系数和碳基底膨胀系数相差过大，导致传统方法制备的涂层容易产生裂纹，甚至引起涂层与碳基底之间的剥离。

因此，如何提供一种碳化钽涂层及制备方法以解决现有技术的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于多孔碳材料的碳化钽涂层及其制备方法，用于解决现有技术中碳基底涂层容易产生裂纹，甚至引起涂层与碳基底之间的剥离等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳化钽涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供多孔碳基底，所述多孔碳基底作为阳极；

提供含钽溶液，并将所述多孔碳基底和阴极电极插入所述含钽溶液中；

在所述多孔碳基底与所述阴极电极之间施加预设电压，以使所述多孔碳基底的孔洞和表面负载钽元素，得到负载钽元素的多孔碳基底；

取出所述负载钽元素的多孔碳基底，并对其进行烘干处理；以及

对烘干后的所述负载钽元素的多孔碳基底进行烧结处理，以得到形成在所述多孔碳基底上的碳化钽涂层。

可选地，所述多孔碳基底的制备方法包括：提供碳源和二氧化硅颗粒模板；将所述碳源及所述模板经交联后在预设氛围下进行煅烧处理；在所述煅烧处理后采用腐蚀溶液去除所述模板，得到所述多孔碳基底。

可选地，所述二氧化硅颗粒的直径介于5nm-40nm之间，所述预设氛围包括惰性气体，所述煅烧处理的温度介于400℃-500℃之间，所述煅烧处理的时间介于3h-4h之间。

可选地，所述多孔碳基底的孔洞直径介于20nm-40nm之间。

可选地，所述多孔碳基底的所述碳源包括聚苯乙烯，所述含钽溶液包括氟钽酸钾溶液，所述氟钽酸钾溶液的氟钽酸钾浓度介于0.1 mol/L-0.3 mol/L之间。

可选地，施加的所述预设电压介于1V-2V之间，施加所述预设电压的时间介于0.5h-5h之间。

可选地，在真空烘箱中对所述负载钽元素的多孔碳基底进行所述烘干处理，所述真空烘箱的温度介于50℃-150℃之间，进行所述烘干处理的时间介于5h-15h之间。